تحمل فشار لوله استیل چقدر است؟
امروزه لوله هایی که در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار می گیرند که داشتن استحکام و تحمل فشار برای لوله های استیل بسیار مهم بوده و از این رو در صنایع گوناگون، لوله هایی با استحکام بالا و تحمل فشار بالایی استفاده می شود. در این مقاله به بررسی تحمل فشار لوله استیل می پردازیم.
تحمل فشار لوله استیل به چه عاملی بستگی دارد؟
تحمل فشار در لوله استیل به عوامل متعددی وابسته است که مهمترین آنها شامل جنس و گرید فولاد، دما، ضخامت جداره، و قطر لوله می باشد.
جنس و گرید فولاد
نوع آلیاژ فولاد و گرید آن یکی از مهمترین عوامل در تعیین تحمل فشار لوله های استیل است. لوله استیل ۳۰۴ که پرکاربردترین نوع استیل ضد زنگ هستند، قابلیت تحمل فشار تا حدود ۲۵۰ بار را دارند. لوله استیل ۳۱۶ با توجه به مقاومت بالاتر، می توانند فشار تا ۳۰۰ بار را تحمل کنند. در این میان، فولادهای دوپلکس با ساختار دوفازی خود، بالاترین مقاومت را داشته و قادر به تحمل فشارهای تا ۴۰۰ بار هستند.
ضخامت جداره
ضخامت جداره لوله که با معیار Schedule مشخص می شود، تاثیر مستقیمی بر استحکام و تحمل فشار دارد. لوله های با Schedule بالاتر مانند Schedule 80 نسبت به Schedule 40 ضخامت بیشتری داشته و در نتیجه فشار بیشتری را تحمل می کنند. این پارامتر به خصوص در سیستم های با فشار بالا اهمیت ویژه ای دارد و باید متناسب با فشار کاری سیستم انتخاب شود.
تحمل دمایی لوله استیل
دمای عملیاتی تاثیر زیادی بر تحمل فشار لوله های استیل دارد. با افزایش دما، استحکام فولاد کاهش می یابد و به تبع آن، تحمل فشار نیز کمتر می شود. برای مثال، لوله ای که در دمای محیط می تواند فشار ۳۰۰ بار را تحمل کند، ممکن است در دمای ۴۰۰ درجه سانتیگراد تنها قادر به تحمل ۲۰۰ بار فشار باشد.
قطر لوله
قطر لوله رابطه معکوسی با تحمل فشار دارد. هرچه قطر لوله بزرگتر باشد، برای یک ضخامت مشخص، تنش های وارده بر جداره بیشتر شده و تحمل فشار کاهش می یابد. به همین دلیل، لوله های با قطر کوچکتر (مثلاً ۱/۲ اینچ) نسبت به لوله های با قطر بزرگتر (مثلاً ۴ اینچ) در شرایط یکسان، فشار بیشتری را تحمل می کنند.
نوع سیال عبوری
نوع سیال عبوری از لوله نیز بر تحمل فشار تاثیرگذار است. سیالات خورنده می توانند به مرور زمان باعث کاهش ضخامت جداره و در نتیجه کاهش تحمل فشار شوند. همچنین برخی سیالات ممکن است با فولاد واکنش داده و خواص مکانیکی آن را تحت تاثیر قرار دهند و باعث خوردگی و زنگ زدگی فولاد شود، که این امر نیز بر تحمل فشار لوله تاثیرگذار خواهد بود.
در مقاله جلوگیری از زنگ زدگی فولاد به بررسی راهکار های پیشگیری از زنگ زدگی فولاد پرداخته ایم.
رابطه سایز لوله استیل با تحمل فشار آنها
سایز لوله‌های استیل و تحمل فشار آنها رابطه معکوس دارند. هر چه سایز لوله بزرگتر باشد، برای یک ضخامت ثابت، تحمل فشار آن کمتر خواهد بود. به عنوان مثال:
لوله‌های سایز کوچک (۱/۴ تا ۱ اینچ)
این سایز از لوله‌ها بیشترین تحمل فشار را دارند. یک لوله ۱/۲ اینچی از جنس استیل ۳۱۶ با Schedule 80 می‌تواند فشاری تا حدود ۵۰۰۰ PSI (۳۴۵ بار) را تحمل کند. این سایزها معمولاً در سیستم‌های هیدرولیک و ابزار دقیق که نیاز به تحمل فشارهای بالا دارند، استفاده می‌شوند.
لوله‌های سایز متوسط (۱.۵ تا ۴ اینچ)
با افزایش سایز لوله به این محدوده، تحمل فشار به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. برای مثال، یک لوله ۲ اینچی استیل ۳۱۶ با Schedule 80 تحمل فشاری حدود ۳۰۰۰ PSI (۲۰۷ بار) را دارد. این سایزها معمولاً در خطوط انتقال سیالات صنعتی و پتروشیمی کاربرد دارند.
لوله‌های سایز بزرگ (۶ اینچ و بالاتر)
در این سایزها، تحمل فشار به شدت کاهش می‌یابد و برای جبران آن باید از ضخامت‌های بالاتر استفاده کرد. یک لوله ۸ اینچی استیل ۳۱۶ با Schedule 40 تنها می‌تواند فشاری حدود ۱۱۰۰ PSI (۷۶ بار) را تحمل کند. این سایزها بیشتر در خطوط انتقال اصلی و کلکتورها استفاده می‌شوند.
فشار کاری، فشار اسمی و فشار طراحی لوله استیل
در بحث فشار لوله استیل سه اصطلاح مهم درباره تعیین میزان فشار لوله استیل وجود دارد. در ادامه به این سه تا اصطلاح می پردازیم:
فشار کاری
فشار کاری همان فشاری است که لوله در حالت عادی و روزمره با آن کار می‌کند. این فشار همیشه کمتر از فشار طراحی است تا ایمنی لوله حفظ شود. مثلاً اگر یک لوله برای فشار ۱۰۰ بار طراحی شده، معمولاً در فشار ۷۰ بار با آن کار می‌کنند. این کار باعث می‌شود عمر لوله بیشتر شود و خطری هم سیستم را تهدید نکند.
فشار اسمی
فشار اسمی یک عدد استاندارد است که کارخانه سازنده برای لوله تعیین می‌کند. این عدد نشان می‌دهد که لوله در دمای معمولی (حدود ۲۰ درجه) چه فشاری را می‌تواند تحمل کند. معمولاً روی لوله‌ها با علامت PN نوشته می‌شود. مثلاً PN 16 یعنی این لوله برای فشار ۱۶ بار ساخته شده است.
فشار طراحی
فشار طراحی بالاترین فشاری است که لوله برای تحمل آن ساخته شده است. این فشار همیشه از فشار کاری بیشتر است تا اگر به هر دلیلی فشار سیستم بالا رفت، لوله آسیب نبیند. مهندسان در تعیین این فشار، شرایط مختلف مثل دما، نوع مایع داخل لوله و طول عمر مورد نیاز لوله را در نظر می‌گیرند.
به عنوان یک مثال ساده:
فرض کنید یک لوله استیل داریم:
– فشار طراحی آن ۱۰۰ بار است
– فشار اسمی آن ۹۰ بار است
– اما در عمل با فشار ۷۰ بار از آن استفاده می‌کنیم (فشار کاری)
این اختلاف بین فشارها برای این است که لوله بتواند سال‌های طولانی بدون مشکل کار کند و در شرایط اضطراری هم ایمنی کافی داشته باشد.
دیگر پارامتر های موثر بر تحمل فشار لوله‌های استیل
پارامتر های دیگری هم وجود دارد که در تحمل فشار لوله استیل تاثیر دارند. در ادامه به چند نمونه از این پارامتر ها می پردازیم:
روش تولید لوله
روش ساخت لوله تاثیر مهمی در تحمل فشار دارد. لوله‌های بدون درز (Seamless) که یکپارچه تولید می‌شوند، تحمل فشار بالاتری نسبت به لوله‌های درزدار (Welded) دارند. در لوله‌های درزدار، کیفیت جوش طولی می‌تواند نقطه ضعفی برای تحمل فشار باشد.
شرایط محیطی
محیط نصب لوله مثل رطوبت، آب و هوای شرجی، مجاورت با مواد شیمیایی و قرار گرفتن در معرض نور خورشید می‌تواند بر تحمل فشار تاثیر بگذارد. برای مثال، لوله‌های نصب شده در محیط‌های مرطوب نیاز به محافظت بیشتری دارند.
نوع اتصالات
نوع اتصالات مورد استفاده (فلنج، جوشی، رزوه‌ای) بر تحمل فشار کل سیستم تاثیر می‌گذارد. معمولاً اتصالات جوشی تحمل فشار بالاتری نسبت به اتصالات رزوه‌ای دارند. کیفیت اتصالات باید متناسب با فشار کاری لوله باشد.
تنش‌های خارجی
نیروهای خارجی وارد بر لوله مانند وزن عایق، برف و باران، و ارتعاشات سیستم می‌توانند تحمل فشار لوله را تحت تاثیر قرار دهند. ساپورت‌گذاری مناسب برای کاهش این تنش‌ها ضروری است.
نحوه نصب
روش نصب و اجرای صحیح می‌تواند تحمل فشار را تحت تاثیر قرار دهد. تراز بودن لوله‌ها، رعایت فاصله مناسب ساپورت‌ها و نصب صحیح انبساط‌گیرها در تحمل فشار موثر است.
عملیات حرارتی
عملیات حرارتی انجام شده روی لوله مثل آنیلینگ یا نرماله کردن می‌تواند مقاومت لوله در برابر فشار را تغییر دهد. عملیات حرارتی مناسب می‌تواند تنش‌های داخلی را کاهش داده و تحمل فشار را افزایش دهد.
پوشش‌های محافظ
نوع و کیفیت پوشش‌های محافظ مثل رنگ، گالوانیزه یا پوشش‌های ضد خوردگی می‌تواند عمر مفید لوله و در نتیجه تحمل فشار آن را در طول زمان حفظ کند.
سیکل‌های فشار
تعداد دفعات تغییر فشار (سیکل‌های فشار) می‌تواند باعث خستگی فلز شود. هر چه تعداد سیکل‌های فشار بیشتر باشد، احتمال کاهش تحمل فشار بیشتر می‌شود.
تمامی این پارامترها باید در طراحی و نصب سیستم‌های لوله‌کشی در نظر گرفته شوند تا اطمینان حاصل شود که لوله می‌تواند فشار مورد نظر را در طول عمر کاری خود تحمل کند.
مطالب مرتبط
منبع
